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建筑环境技术的发展与成就 [2007-4-25]来源:正岛电器开发部

       建筑热工为建筑环境创建了一个良好的围护结构,而暖通空调则运用技术与设备实现人们对室内环境的要求。

1、空气调节
  进入到九十年代的今天,无论是工业生产环境,还是居住环境,都已广泛地应用空调,空调已成为衡量建筑现代化水平的重要标志之一。


  高精度恒温恒湿空调综合技术,是包括空调负荷计算、系统布置、气流组织、空调设备、楼宇控制及关键仪表在内的成套技术。五十年代我国空调的恒温精度只能达到±0.5℃,六十至七十年代开展了恒温空调技术的全面研究,并于六十年代末提出了适合我国国情的恒温工程整套设计方法,并编入《空气调节技术手册》。七十至八十年代开展了恒温空调的研究,研究了侧送、散流器、孔板送风方式;研制了立式整体空调机组及卧式空调器,和可控硅无触点双位温度调节器和无触点时间比例式温度调节器;同时还研究了氯化锂湿度传感器、双温法湿度标定装置、湿度控制仪表及室温调节系统的控制计算方法等。从而系统地解决了精度在0.1~0.03℃的恒温空调技术。八十年代进行了大面积光栅刻线高精度恒温技术的研究,研制成功精密串级调节及其配套仪表,在国内首次实现了大面积连续20昼夜维持20℃±0.01℃的高精度恒温环境,已接近这一技术领域的国际先进水平,这是满足高精尖生产要求上的重大突破。


  恒湿空调是在一些吸湿性材料生产过程中提出的,如针织品、造纸、医药、食品等,我国恒湿控制技术从开始解决±5%RH(相对湿度)到逐步解决±3%RH以及±2%RH。八十年代后期建成的国内自行设计、安装及调试,具有当时国际水平的平衡环境型房间量热计式空调器试验装置,其恒湿精度可达±1%RH。


  七十年代末至八十年代初,为了节省冷负荷、初投资和运行能耗,对高大厂房分层空调技术进行了研究。研究了分层空调冷负荷计算中热转移负荷确定方法,分层空调气流组织方式及设计方法;并根据高大厂房特点,结合我国现有空调设备及系统使用情况,提出各种空调系统应用于分层空调的优点及其适用范围和设计计算方法。用于实际工程,温差可达到±1℃,一般可节省冷量30%。


  建筑物冷热负荷设计计算有了新的发展,八十年代初提出的新方法考虑了围护结构等蓄热体的吸热、蓄热和放热特性,改变了原有方法中得热与冷负荷不加区分的作法,从而减少了设计用冷负荷,计算机理正确,方便使用。


  控制高档商业建筑的能耗始于八十年代中期,改革开放后建造了一批高档旅馆、公寓及商场等,空调采暖能耗大幅度上升。经调查、实测及分析后,于九十年代初期颁布了旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准。


  九十年代中期,由于大、中城市电力供应紧张,供电部门开始重视需求侧管理及削峰填谷,蓄冷空调技术提到了议事日程。近年来,由于能源结构的变化,促进了吸收式冷热水机组的快速发展,以及热泵技术在长江中下游地区的应用。


  为了提高暖通空调系统运行效率,达到节能目的,已研究开发并应用了变水量(VWV)、变风量(VAV)系统,以及在我国刚起步的变冷剂流量(VRV)系统。

2、采暖供热
  散热器有了较大的发展,开发了多种新型散热器。用稀土灰口铸铁制造的散热器比之原普通灰口铸铁散热器,具有机械强度高、气密性好、承压能力高、加工性能好的优点。钢制散热器比之铸铁散热器具有金属热强度高,散热性能好、造型美观、装饰性强、占用空间小、现场施工安装方便、工艺性好、适于自动化生产的优点。


  我国建筑节能工作始于八十年代初期,首先从减少能耗占最大比例的采暖能耗为起点,在制定标准和法规、推动技术进步和加强行政管理方面做了大量、有效的工作。1986年建设部颁发了我国第一部建筑节能设计标准,即民用建筑节能设计标准,并于1996年颁布了该标准的修订标准,目标节能率为50%。为了实现采暖系统节能率达到标准要求,于八十年代中期研究并开发了平衡供暖技术及产品、锅炉运行管理技术及产品等,对推动采暖系统节能技术进步发挥了重要的作用。为了进一步推动建筑节能工作及提高室内热环境品质,根据我国节能法及节能设计标准的目标,近年来要大力推行室温可调及采暖计量收费技术,随之推动采暖系统的设计技术进步及产品开发。例如,室内采暖系统由传统的单管顺流系统改变为双管系统;散热器恒温阀及热表等有关产品的应用、研究及开发。

3、通风和室内空气质量
  六十至七十年代,为解决地下建筑的潮湿、闷热、空气污浊严重影响正常使用的问题,通过多工种协同研究,成功地提出了南方、北方地下岩石洞库工厂内部环境质量综合改造的技术措施和手段,并研制了适合地下建筑用的氯化锂转轮除湿机、三甘醇液体除湿机和冷冻降湿机。


  八十年代开始调查、研究室内空气品质问题,九十年代对一些空调建筑做了调查及现场测试,并提出了一些新概念及改善室内空气品质的途径。


  为了分析室内空气品质及评价热舒适,于七十年代发展的计算流体力学 (CFD)到了九十年代,已开发成分析速度场、温度场和污染物浓度场的手段,并于近年来用于求解热舒适评价指标及空气年龄的方法。


  八十至九十年代,在引入北欧置换通风技术的基础上结合国情开展了这方面的研究与开发工作,并应用于上海大剧院等工程中,既获得较高的空气质量,也达到了节能的效果。

4、空气洁净技术
  空气洁净技术的研究始于五十年代末期,主要是军工和三线建设的需要。六十至七十年代初系统研究开发了发展洁净技术所遇到的几项主要关键技术和设备,如玻璃纤维高效空气过滤器、聚苯乙烯标准粒子、光散射式尘埃粒子计数器、检漏仪、洁净工作台、空气吹淋室、净化吸尘器、静电自净器、装配式乱流及层流洁净室、集成电路生产用成套局部净化设备等。这为随后展开的大规模集成电路攻关、毛主席纪念堂生物洁净室工程等做出了贡献,并以《装配式恒温洁净室》的综合成果纳入1972年编选的《中华人民共和国重大科技成果汇编》。七十年代末至八十年代末,为适应净化工程的发展,尤以全国近万家药厂必须进行净化改造的迫切需要,制订了一系列国家和行业的标准规范,建立了相应的检测手段,并研制成功Ⅱ级生物安全柜、装配式生物洁净室、离心式细菌采样器等用于生物洁净环境的技术装备。九十年代推出的低阻亚高效空气过滤器、封导结合的双环密封系统、无隔板高效空气过滤器、条缝式吹淋室、0.1微米10级超高性能洁净室等都达到了国际水平。


  大量的实践成果为理论研究提供了沃土。八十年代初以来,出版了《空气洁净技术原理》等专著,提出了许多新观点、新概念并系统总结了洁净室理论,建立了洁净室不均匀分布理论体系和计算方法,为我国有关手册、规范提供了优于国外标准的评价标准和计算方法,并且突破在垂直层流、下限风速、回风方式上的国外禁区,为中小规模的100级洁净室在国内的推广普及开了绿灯。最近提出的阻漏层理论和技术,为提高微环境的污染控制效果展示了一种新的工程学方法。



5、计算机软件开发与应用
  我国暖通空调计算机应用始于七十年代初,首先用于数值计算、实验室数据处理、统计与分析方面。七十年代中期逐步进入到工程应用,把手工计算过程编成电算程序。七十年代末期,建设部组织了建筑工程设计程序库,对暖通计算机应用的发展起了一定的推动作用。八十年代中期完成的暖通空调应用软件包已涵盖了冷热负荷计算、能耗分析、气流组织、室内外供暖及通风管网、系统设计、方案比较与设备选择等。


  暖通空调CAD技术始于八十年代中期,当时一些大型设计院引进国外CAD工作站及多专业应用软件包,并进行二次开发。但由于软件对硬件和操作系统的依赖性及各系统的封闭性等原因,应用与推广较为困难。


  八十年代末期至九十年代初期,由于计算机技术的飞速发展及AutoCAD绘图软件包的不断完善,国内自主开发了暖通空调CAD软件并逐步商品化。尔后,开发了计算绘图一体化软件,软件功能从过去的单纯计算或单纯绘图,发展到集计算、绘图于一体的辅助设计软件,在设计院得到日益广泛的应用。


  近年来,微处理技术日新月异,为CAD软件开发提供了非常广阔的自由空间和平台,暖通空调CAD在计算绘图一体化的基础上,进而向集成化发展。



6、展望暖通空调的发展
  我国空调技术是由工业空调发展起来的,这是指人工创造一个空气环境(包括温度、湿度及洁净度)来服务于工艺、环境试验等需要。随着改革开放、人民生活水平提高,目的在于为人们提供舒适空气环境的舒适空调开始以较快的速度发展。但是,近20年来的实践发现,长期处于空调环境下会出现“空调不适应症”(或“病态建筑综合症”),原因是空气中存在有各类污染物、微生物及悬浮微粒、电磁辐射等,对人类产生不良影响。从而提出了应从传统的以保持热舒适环境的“舒适空调”,进而发展为以保持室内空气质量为条件的“健康空调”或“绿色空调”。


  改革开放前,我国采暖作为社会福利,由国家投资,而且燃料(主要为煤)价格低廉,技术发展缓慢,不仅能耗高而且供暖质量差。八十年代中期后颁布了节能设计标准,并于九十年代中期提出室温控制及计量收费。近年来随着能源结构的变化,已在研究、开发新的采暖和空调系统及方式。


  暖通空调技术的发展,必然会受到能源、环境条件的制约。所以能源综合利用、节能、保护环境及趋向自然的舒适环境必然是今后发展的主题。


  热电联产,采暖、空调、生活热水三联供(或热、电、冷三联供)是能源综合利用的一个方面。近年来热泵的应用范围在迅速扩大,可大大提高能源利用率。由于空调负荷集中于电力高蜂时段,蓄冷(蓄冰、蓄水)技术可以在一定范围内解决电力削峰填谷问题,正在引起重视。


  此外,由于含氯或溴的合成制冷剂会破坏大气臭氧层,从而导致温室效应,预计下世纪必定会找到代替物或回到天然制冷剂的应用。

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